(57)【要約】【課題】  光利用効率が高く、小型化及び低コスト化を実現できる照明装置及び投写型表示装置を提供する。【解決手段】  複数の光学部品１ａ〜１ｄを具備し、それぞれ異なる方向から入射される複数の光源光を偏光変換して一方向に出射する光学装置であって、各光学部品１ａ〜１ｄは、入射された光源光を互いに直交する直線偏光である第１及び第２偏光成分に分離し、第１偏光成分を一方向に反射し、第２偏光成分を透過させる偏光分離膜１１ａ〜１１ｄと、隣接する光学部品の偏光分離膜が透過させたｐ偏光成分を一方向に反射する反射膜１２ａ〜１２ｄとを備える。【選択図】  図３
2007094131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学部品を具備し、それぞれ異なる方向から入射される複数の光源光を偏光変換して一方向に出射する光学装置であって、各光学部品は、
入射された光源光を互いに直交する直線偏光である第１及び第２偏光成分に分離し、前記第１偏光成分を前記一方向に反射し、前記第２偏光成分を透過させる偏光分離膜と、
隣接する光学部品の前記偏光分離膜が透過させた前記第２偏光成分を前記一方向に反射する反射膜
とを備えることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
各光学部品間に配置され、前記偏光分離膜が透過させた前記第２偏光成分を集光して前記反射膜に出射する集光レンズを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記複数の光学部品の各出射光の偏光方向を同一方向に揃えるように、前記複数の光学部品のうちの少なくとも１つに貼り付けられた波長板を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記複数の光学部品と同数設けられ、前記複数の光源光を出射する複数の光源を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
それぞれ異なる方向に複数の光源光をそれぞれ出射する複数の光源と、
複数の光学部品を具備し、前記複数の光源光を偏光変換して一方向に出射する光学装置と、
前記光学装置が出射した照明光の光強度分布を均一化するインテグレート手段と、
前記インテグレート手段が均一化した前記照明光を変調する光変調装置
とを備え、前記光学装置の各光学部品は、
入射された光源光を互いに直交する直線偏光である第１及び第２偏光成分に分離し、前記第１偏光成分を前記一方向に反射し、前記第２偏光成分を透過させる偏光分離膜と、
隣接する光学部品の前記偏光分離膜が透過させた前記第２偏光成分を前記一方向に反射する反射膜
とを備えることを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源からの光源光を偏光変換して一方向に出射する光学装置及びこの光学装置を用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置等において、液晶パネル等の光変調素子は、直線偏光の偏光方向を変えることで入射した光の透過率を変えている。光源からの光源光を直線偏光に変換する第１の背景技術として、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用した偏光変換手法が知られている。この場合、偏光分離膜を有する第１光学部品と反射膜を有する第２光学部品の２つの光学部品が必要となる。光源から第１光学部品に入射された光源光は偏光分離膜でｓ偏光成分及びｐ偏光成分に分離され、ｓ偏光成分は反射され、ｐ偏光成分は透過される。透過されたｐ偏光成分は第２光学部品に入射されて反射膜で反射される。第１光学部品のｓ偏光成分の出射面又は第２光学部品のｐ偏光成分の出射面のいずれかにλ／２板が貼り付けられる。したがって、同一偏光方向の出射光が得られる。
【０００３】
また、光源からの光源光を直線偏光に変換する第２の背景技術として、反射手段を有する光源から出射された光源光のうち、使用しない偏光成分については、同じ光学系を逆トレースして光源に戻り、反射手段により反射して再出射する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３５４８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した第１の背景技術においては、光源からの入射光の光束断面積に対して第１及び第２光学部品からの出射光の光束断面積が２倍程度となる。即ち、単位面積あたりの光強度（照度）が低下する。また、１つの光源に対して２つの光学部品が設けられるため、光源数を増加させた場合に多数の光学部品を必要とする。したがって、投写型表示装置の小型化・低コスト化の妨げとなる。
【０００５】
第２の背景技術においては、同じ光学系を逆トレースして光源に戻るためには、点光源からの理想的な発光光束を前提としているため、光利用効率を十分に高めることができない恐れがある。
【０００６】
上記問題点を鑑み、本発明は、光利用効率が高く、小型化及び低コスト化を実現できる光学装置及び投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、複数の光学部品を具備し、それぞれ異なる方向から入射される複数の光源光を偏光変換して一方向に出射する光学装置であって、各光学部品は、入射された光源光を互いに直交する直線偏光である第１及び第２偏光成分に分離し、第１偏光成分を一方向に反射し、第２偏光成分を透過させる偏光分離膜と、隣接する光学部品の偏光分離膜が透過させた第２偏光成分を一方向に反射する反射膜とを備える光学装置であることを要旨とする。
【０００８】
また、第１の特徴に係る光学装置において、偏光分離膜が透過させた第２偏光成分を集光して反射膜に出射する集光レンズを更に備えることが好ましい。
【０００９】
更に、第１の特徴に係る光学装置において、複数の光学部品の各出射光の偏光方向を同一方向に揃えるように、複数の光学部品のうちの少なくとも１つに貼り付けられた波長板を更に備えることが好ましい。
【００１０】
第１の特徴に係る光学装置において、複数の光学部品と同数設けられ、複数の光源光を出射する複数の光源を更に備えることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、それぞれ異なる方向に複数の光源光をそれぞれ出射する複数の光源と、複数の光学部品を具備し、複数の光源光を偏光変換して一方向に出射する光学装置と、光学装置が出射した照明光の光強度分布を均一化するインテグレート手段と、インテグレート手段が均一化した照明光を変調する光変調装置とを備え、光学装置の各光学部品は、入射された光源光を互いに直交する直線偏光である第１及び第２偏光成分に分離し、第１偏光成分を一方向に反射し、第２偏光成分を透過させる偏光分離膜と、隣接する光学部品の偏光分離膜が透過させた第２偏光成分を一方向に反射する反射膜とを備える投写型表示装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光利用効率が高く、小型化及び低コスト化を実現できる光学装置及び投写型表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に係る投写型表示装置は、図１に示すように、第１〜第３照明装置１０ａ〜１０ｃ、第１〜第３コリメータレンズ１０１ａ〜１０１ｃ、第１〜第３インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃ、第１〜第３コンデンサレンズ１０３ａ〜１０３ｃ、第１〜第３光変調装置１０５ａ〜１０５ｃ、第１〜第３偏光板対１０４ａ〜１０４ｃ、ダイクロイックプリズム１０６、及び投写レンズ１０７等を備える。図１においては、第１〜第３インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃとしてはフライアイレンズが使用されている。第１〜第３光変調装置１０５ａ〜１０５ｃとしては液晶パネルが使用されている。
【００１５】
第１〜第３照明装置１０ａ〜１０ｃは赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の各色光をそれぞれ出射する。ここで、第１〜第３照明装置１０ａ〜１０ｃは、振動方向（偏光方向）の揃った光を出射する。第１〜第３インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃは、第１〜第３照明装置１０ａ〜１０ｃが出射した各色光の光束をそれぞれ均一化する。第１〜第３光変調装置１０５ａ〜１０５ｃは、第１〜第３インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃが均一化した照明光をそれぞれ変調する。
【００１６】
更に、第１〜第３光変調装置１０５ａ〜１０５ｃのそれぞれの入射側及び出射側に第１〜第３偏光板対１０４ａ〜１０４ｃが設けられる。第１、第２、及び第３照明装置１０ａ，１０ｂ，及び１０ｃからそれぞれ出射されるＲ、Ｇ、及びＢの各色光の振動方向（偏光方向）は、第１〜第３偏光板対１０４ａ〜１０４ｃを構成する入射側の偏光板の透過軸方向に略一致する。但し、光学的諸特性を考慮して、入射側偏光板の前段に位相差板が備えられる場合には一致しないことがある。
【００１７】
第１〜第３コリメータレンズ１０１ａ〜１０１ｃは、第１〜第３照明装置１０ａ〜１０ｃから出射される各色光をそれぞれ平行光化する。また、第１〜第３コンデンサレンズ１０３ａ〜１０３ｃは、第１〜第３インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃが均一化した各色光をそれぞれ集光する。
【００１８】
第１〜第３光変調装置１０５ａ〜１０５ｃを経ることで変調された各色の変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム１０６によって合成されてカラー映像光となる。カラー映像光は、投写レンズ１０７によって拡大投写され、図示を省略するスクリーン等に投写される。
【００１９】
次に、図１に示す第１照明装置１０ａに用いられる光学装置の構成を、図２を用いて説明する。第２及び第３照明装置１０ｂ及び１０ｃのそれぞれの構成は第１照明装置１０ａと同様であるため、重複する説明を省略する。
【００２０】
図２に示す光学装置は、複数の（第１〜第４）光学部品１ａ〜１ｄと、複数の（第１〜第４）集光レンズ６ａ〜６ｄと、複数の（第１及び第２）波長板７ａ及び７ｂとを備える。第１〜第４光学部品１ａ〜１ｄは直方体形状を有し、その光束出射面は同一平面（ｘｙ平面）上に配置される。第２及び第４光学部品２ａ及び４ａの各出射面上には第１及び第２波長板７ａ及び７ｂがそれぞれ貼り付けられる。第１及び第２波長板７ａ及び７ｂは、第２及び第４光学部品２ａ及び４ａからの各出射光の偏光方向を９０°回転させる。即ち、第１及び第２波長板７ａ及び７ｂとしてはλ／２板が使用されている。
【００２１】
第１集光レンズ６ａは、第１光学部品１ａ及び第２光学部品２ａに挟まれるようにして配置される。同様にして、第２集光レンズ６ｂは、第２光学部品２ａ及び第３光学部品３ａに挟まれるようにして配置される。第３集光レンズ６ｃは、第３光学部品３ａ及び第４光学部品４ａに挟まれるようにして配置される。第４集光レンズ６ｄは、第１光学部品１ａ及び第４光学部品４ａに挟まれるようにして配置される。尚、第１〜第４集光レンズ６ａ〜６ｄとして両凸レンズを図示しているが、例えばフレネルレンズ等を第１〜第４集光レンズ６ａ〜６ｄとして使用しても構わない。
【００２２】
更に、図２に示した光学装置には、図３に示すように、第１〜第４光源８ａ〜８ｄによって４方向から光源光が入射される。即ち、図２に示した光学装置と、第１〜第４光源８ａ〜８ｄによって、照明装置１０ａが構成される。第１〜第４光源８ａ〜８ｄとしては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源が利用できる。尚、第１〜第４光源８ａ〜８ｄには、各光源光に指向性を持たせるためのレンズ等が設けられていても良い。或いは、第１〜第４光源８ａ〜８ｄに対し、各光源光を平行光化するリフレクタを設けても良い。
【００２３】
第１光学部品１ａ、第１集光レンズ６ａ、及び第２光学部品２ａは、第１光源８ａが出射する第１光源光Ｌ１の光路上に配置される。第２光学部品２ａ、第２集光レンズ６ｂ、及び第３光学部品３ａは、第２光源８ｂが出射する第２光源光Ｌ２の光路上に配置される。第３光学部品３ａ、第３集光レンズ６ｃ、及び第４光学部品４ａは、第３光源８ｃが出射する第３光源光Ｌ３の光路上に配置される。第４光学部品４ａ、第４集光レンズ６ｄ、及び第１光学部品１ａは、第４光源８ｄが出射する第４光源光Ｌ４の光路上に配置される。
【００２４】
更に、第１〜第４光学部品１ａ〜４ａは、偏光分離膜１１ａ〜１１ｄ及び反射膜１２ａ〜１２ｄをそれぞれ有する。以下に、図４を用いて、第１〜第４光学部品１ａ〜４ａの各偏光分離膜１１ａ〜１１ｄのそれぞれの作用を説明する。図４においては、図３に示す第１〜第４集光レンズ６ａ〜６ｄの図示を省略している。
【００２５】
第１光学部品１ａの偏光分離膜１１ａは、第１光源８ａから入射された第１光源光Ｌ１を互いに直交する直線偏光である第１及び第２偏光成分に分離し、第１偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射し、第２偏光成分を透過させる。ここで、第１偏光成分はｓ偏光成分であり、第２偏光成分はｐ偏光成分である。
【００２６】
第２光学部品２ａの偏光分離膜１１ｂは、第２光源８ｂから入射された第２光源光Ｌ２をｓ偏光成分及びｐ偏光成分に分離し、第２光源光Ｌ２のｓ偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射し、第２光源光Ｌ２のｐ偏光成分を透過させる。第３光学部品３ａの偏光分離膜１１ｃは、第３光源８ｃから入射された第３光源光Ｌ３をｓ偏光成分及びｐ偏光成分に分離し、ｓ偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射し、ｐ偏光成分を透過させる。第４光学部品４ａの偏光分離膜１１ｄは、第４光源８ｄから入射された第４光源光Ｌ４をｓ偏光成分及びｐ偏光成分に分離し、ｓ偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射し、ｐ偏光成分を透過させる。
【００２７】
第２及び第４光学部品２ａ及び４ａが出射するｓ偏光（振動方向がｙ軸方向の偏光）成分は、第１及び第２波長板７ａ及び７ｂによりそれぞれ偏光変換されて振動方向がｘ軸方向の偏光成分となる。この結果、第１及び第３光学部品１ａ及び３ａが出射するｓ偏光（振動方向がｘ軸方向の偏光）成分と同一の振動方向（ｘ軸方向）となる。
【００２８】
次に、図５を用いて、第１〜第４光学部品１ａ〜４ａの各反射膜１２ａ〜１２ｄの作用を説明する。但し、図５においては、図３に示す第１〜第４集光レンズ６ａ〜６ｄの図示を省略している。
【００２９】
第１光学部品１ａの反射膜１２ａは、第４光学部品４ａの偏光分離膜１１ｄが透過させた第４光源光Ｌ４のｐ偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射する。同様に、第２光学部品２ａの反射膜１２ｂは、第１光学部品１ａの偏光分離膜１１ａが透過させた第１光源光Ｌ１のｐ偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射する。
【００３０】
第３光学部品３ａの反射膜１２ｃは、第２光学部品２ａの偏光分離膜１１ｂが透過させた第２光源光Ｌ２のｐ偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射する。第４光学部品４ａの反射膜１２ｄは、第３光学部品３ａの偏光分離膜１１ｃが透過させた第３光源光Ｌ３のｐ偏光成分を一方向（ｚ軸方向）に反射する。
【００３１】
第２及び第４光学部品２ａ及び４ａが反射するｐ偏光（振動方向がｙ軸方向の偏光）成分は、第１及び第２波長板７ａ及び７ｂによりそれぞれ偏光変換されて振動方向がｘ軸方向の偏光成分となる。この結果、第１及び第３光学部品１ａ及び３ａが反射するｐ偏光（振動方向がｘ軸方向の偏光）成分と同一の振動方向（ｘ軸方向）となる。
【００３２】
このように、第１実施形態に係る光学装置においては、第１〜第４光学部品１ａ〜４ａに偏光分離膜１１ａ〜１１ｄ、反射膜１２ａ〜１２ｄをそれぞれ設けることにより、第１〜第４光源８ａ〜８ｄの各光源光Ｌ１〜Ｌ４を同一振動方向（同一偏光方向）の光に偏光変換する。したがって、第１〜第４光源８ａ〜８ｄの各光源光Ｌ１〜Ｌ４のｓ偏光成分及びｐ偏光成分が偏光分離膜１１ａ〜１１ｄ及び反射膜１２ａ〜１２ｄによって一方向（ｚ軸方向）に反射されるため、各光源光Ｌ１〜Ｌ４の光利用効率の非常に高い光学装置が提供される。
【００３３】
図６は、図３に示す照明装置１０ａの模式的な平面図である。但し、図３に示す第１及び第２波長板７ａ及び７ｂの図示を省略している。次に、図７を用いて、第１光源光Ｌ１の光路を構成する光学系について説明する。図７は、図６のＡ−Ａ間の模式的な断面図である。
【００３４】
図７に示すように、第１光学部品１ａの偏光分離膜１１ａは、第１光源８ａの光軸に対して４５°程度の傾きを有している。よって、第１光源８ａからの第１光源光Ｌ１は、第１光学部品１ａの入射面に入射された後、偏光分離膜１１ａによってｓ偏光成分及びｐ偏光成分に分離されて、ｓ偏光成分は直角に反射される。反射された第１光源光Ｌ１のｓ偏光成分は、第１光学部品１ａの入射面に直交する出射面から出射される。第１光源光Ｌ１のｐ偏光成分は、偏光分離膜１１ａを透過して、第１光学部品１ａの入射面に対向する出射面から出射される。第２出射面から出射された第１光源光Ｌ１のｐ偏光成分は、第１集光レンズ６ａによって集光される。
【００３５】
第２光学部品２ａの反射膜１２ｂは、第１光学部品１ａの偏光分離膜１１ａと平行に配置される。即ち、反射膜１２ｂは、第１光源８ａの光軸に対して４５°程度の傾きを有している。また、反射膜１２ｂの面積は、偏光分離膜１１ａの面積よりも小さく設計される。
【００３６】
第１集光レンズ６ａが集光した第１光源光Ｌ１のｐ偏光成分は、第２光学部品２ａの入射面に入射された後、反射膜１２ｂによって直角に反射される。尚、反射膜１２ｂを凹曲面状に形成することで、第１光源光Ｌ１のｐ偏光成分の反射後の拡散を抑えることができる。
【００３７】
反射された第１光源光Ｌ１のｐ偏光成分は、第２光学部品２ａの入射面に直交する出射面から出射される。第２光学部品２ａの出射面に貼り付けられた第１波長板７ａは、第１光源光Ｌ１のｐ偏光成分をｓ偏光成分に偏光変換する。
【００３８】
第１光源光Ｌ１と光軸が平行関係にある第３光源光Ｌ３は、第１光源光Ｌ１と同様の原理で光学系を構成するため、説明を省略する。
【００３９】
次に、図８を用いて、第２光源光Ｌ２の光路を構成する光学系について説明する。図８は、図６のＢ−Ｂ間の模式的な断面図である。図８に示すように、第２光学部品２ａの偏光分離膜１１ｂは、第２光源８ｂの光軸に対して４５°程度の傾きを有している。よって、第２光源８ｂからの第２光源光Ｌ２は、第２光学部品２ａの入射面に入射された後、偏光分離膜１１ｂによってｓ偏光成分及びｐ偏光成分に分離されて、ｓ偏光成分は直角に反射される。反射された第２光源光Ｌ２のｓ偏光成分は、第２光学部品２ａの入射面に直交する出射面から出射される。第２光学部品２ａの出射面に貼り付けられた第１波長板７ａは、第２光源光Ｌ２のｓ偏光成分をｐ偏光成分に偏光変換する。
【００４０】
第２光源光Ｌ２のｐ偏光成分は、偏光分離膜１１ｂを透過して、第２光学部品２ａの入射面に対向する出射面から出射される。出射された第２光源光Ｌ２のｐ偏光成分は、第２集光レンズ６ｂによって集光される。
【００４１】
第３光学部品３ａの反射膜１２ｃは、第２光学部品２ａの偏光分離膜１１ｂと平行に配置される。即ち、反射膜１２ｃは、第２光源８ｂの光軸に対して４５°程度の傾きを有している。また、反射膜１２ｃの面積は、偏光分離膜１１ｂの面積よりも小さく形成される。
【００４２】
第２集光レンズ６ｂが集光した第２光源光Ｌ２のｐ偏光成分は、第３光学部品３ａの入射面に入射された後、反射膜１２ｃによって直角に反射される。反射された第２光源光Ｌ２のｐ偏光成分は、第３光学部品３ａの入射面に直交する出射面から出射される。
【００４３】
第２光源光Ｌ２と光軸が平行関係にある第４光源光Ｌ４の光路を構成する光学系は、第２光源光Ｌ２の光路を構成する光学系と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
図９は、図３に示す第１光学部品１ａ及び第４集光レンズ６ｄの模式的な拡大斜視図である。第１光学部品１ａにおいて、第１光源光Ｌ１のｓ偏光成分が偏光分離膜１１ａで反射後に、反射膜１２ａの一部領域１２ａ−１によって、第１光源光Ｌ１のｓ偏光成分の一部が遮られることとなる。よって、図３に示す第１光源光Ｌ１の光束断面の中心位置付近の光強度を予め低下させておくことが望ましい。同様の理由により、第２〜第４光源光Ｌ２〜Ｌ４の各光束断面の中心位置付近の光強度を低下させておくことが望ましい。
【００４５】
図９に示す第１光学部品１ａの模式的な分解斜視図を図１０に示す。第１光学部品１ａは、例えば第１〜第４透過性部材１１１〜１１４を組み合わせることによって略直方体となるように構成される。第１及び第２透過性部材１１１及び１１２は三角錐形状を有し、第３及び第４透過性部材１１３及び１１４は四角錐形状を有している。第３透過性部材１１３の第１透過性部材１１１との接合面には偏光分離膜１１ａ−１が形成される。同様に、第４透過性部材１１４の第２透過性部材１１２との接合面には偏光分離膜１１ａ−２が形成される。
【００４６】
更に、第１透過性部材１１１の第４透過性部材１１４との接合面の一部に反射膜１２ａ−１が蒸着等により形成される。同様に、第２透過性部材１１２の第４透過性部材１１４との接合面の一部に反射膜１２ａ−２が蒸着等により形成される。反射膜１２ａ−１及び１２ａ−２の材料としては、例えばアルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又は金（Ａｕ）等の反射率の高い金属が使用できる。
【００４７】
このように、本発明の実施形態においては、第１〜第４光源と同数の第１〜第４光学部品を用いて振動方向（偏光方向）の揃った光を出射可能な光学装置を提供できる。一方、従来のＰＢＳを用いた手法によれば、４個の光源に対しては８個の光学部品が必要である。したがって、本発明の実施形態に係る光学装置によれば、照明装置のコスト及びサイズを削減できる。更に、光源の個数と光学部品の個数が一致し、光学装置全体として見た場合の入射光と出射光の光束断面積が略一致するため、単位面積あたりの照度を向上させることができる。
【００４８】
更に、本発明の実施形態に係る投写型表示装置においては、上述したように、第１〜第３照明装置１０ａ〜１０ｃの各出射光の振動方向（偏光方向）が、第１〜第３偏光板対１０４ａ〜１０４ｃにおける光変調装置の入射側の偏光板の透過軸に略一致する。よって、各インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃと各コンデンサレンズ１０３ａ〜１０３ｃとの間に従来設けられていた偏光変換素子を不要とすることができる。更に、各照明装置１０ａ〜１０ｃは小型・軽量に構成されるため、投写型表示装置全体のサイズを小型化・軽量化できる。
【００４９】
（変形例）
本発明の実施形態の変形例に係る光学装置は、図１１に示すように、第１〜第４光学部品１ｂ〜４ｂのそれぞれの反射膜１２１ａ〜１２１ｄの配置が図３と異なる。
【００５０】
図３においては、第１光学部品１ａの反射膜１２ａは第４光源光Ｌ４の光軸上に構成され、第２光学部品２ａの反射膜１２ｂは第１光源光Ｌ１の光軸上に構成され、第３光学部品３ａの反射膜１２ｃは第２光源光Ｌ２の光軸上に構成され、第４光学部品４ａの反射膜１２ｄは第３光源光Ｌ３の光軸上に構成されている。
【００５１】
この場合、例えば図９に示すように、第４集光レンズ６ｄが集光した第４光源光Ｌ４のｐ偏光成分は、第１光学部品１ａの反射膜１２ａ（１２ａ−１，１２ａ−２）で反射される。しかしながら、反射膜１２ａの一部領域１２ａ−２で反射された第４光源光Ｌ４のｐ偏光成分は、偏光分離膜１１ａ−２に再入射して遮られることとなる。反射後の第４光源光Ｌ４のｐ偏光成分の半分程度が遮られると仮定すると、第４光源光Ｌ４の１／４程度が照明光として利用されないこととなる。同様に、第１〜第３光源光Ｌ１〜Ｌ３のそれぞれの１／４程度が出射光として利用されないこととなる。
【００５２】
一方、図１１においては、第１光学部品１ｂの反射膜１２１ａは第４光源光Ｌ４の光軸から第１光源８ａ側にシフトして配置される。同様に、第２光学部品２ｂの反射膜１２１ｂは第１光源光Ｌ１の光軸から第２光源８ｂ側にシフトして配置される。第３光学部品３ｂの反射膜１２１ｃは第２光源光Ｌ２の光軸から第３光源８ｃ側にシフトして配置される。第４光学部品４ｂの反射膜１２１ｄは第３光源光Ｌ３の光軸から第４光源８ｄ側にシフトして配置される。
【００５３】
図１２に示すように、各反射膜１２１ａ〜１２１ｄの位置のシフト量に応じて、各光源光Ｌ１〜Ｌ４の光軸をシフトし、且つ、各集光レンズ６ａ〜６ｄの位置もシフトされる。或いは、各集光レンズ６ａ〜６ｄの位置を維持しつつ、各反射膜１２１ａ〜１２１ｄのシフト量に応じて、各集光レンズ６ａ〜６ｄの形状を変更しても良い。
【００５４】
この結果、図１２に示すように、第４集光レンズ６ｄが集光した第４光源光Ｌ４のｐ偏光成分は、第１光学部品１ｂの反射膜１２１ａで反射された後に偏光分離膜１１ａに遮られることなく外部に出射される。
【００５５】
但し、第１光学部品１ｂにおいて、第１光源光Ｌ１のｓ偏光成分は、偏光分離膜１１ａで反射後に反射膜１２ａによって一部が遮られることとなるが、反射膜１２１ａを可能な限り小面積化する、若しくは第１光源光Ｌ１の光束断面の反射膜１２ａ付近の光強度を予め低下させておくことで、第１〜第４光源光Ｌ１〜Ｌ４の光利用効率を更に向上させることが可能となる。
【００５６】
（投写型表示装置の第１変形例）
本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第１変形例としては、図１３に示すように単板方式の構成を例に説明する。単板方式の投写型表示装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂ時分割で各原色の光源（ＬＥＤ）を発光させる。
【００５７】
一例として、図３を参照すると、例えば第１光源８ａがＲ光を出射し、第２光源８ｂがＢ光を出射し、第３及び第４光源８ｃ及び８ｄがＧ光を出射する。この場合、第３及び第４光源８ｃ及び８ｄは等しいタイミングで駆動されることとなる。
【００５８】
図１３に示す光変調装置１０５ａは、照明装置１０ａにおける各色光の切り替わりタイミングに対応して動作する。尚、図１と同様の構成については重複する説明を省略する。
【００５９】
本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第１変形例によれば、インテグレータレンズ１０２ａとコンデンサレンズ１０３ａとの間に従来設けられていた偏光変換素子を不要とすることができる。また、照明装置１０ａが時分割で各色光を出射可能であるため、カラーホイールやカラーフィルタを不要とすることができる。
【００６０】
（投写型表示装置の第２変形例）
本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第２変形例は、図１４に示すように、各コリメータレンズ１０１ａ〜１０１ｃ及び各インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃ間に配置された第１〜第３コンデンサレンズ１０８ａ〜１０８ｃ及び第１〜第３コリメータレンズ１０９ａ〜１０９ｃを更に備える点が図１と異なる。その他の構成については図１と同様である。
【００６１】
第１〜第３コンデンサレンズ１０８ａ〜１０８ｃは、第１〜第３コリメータレンズ１０１ａ〜１０１ｃが平行光化した各色光をそれぞれ集光する。第１〜第３コリメータレンズ１０９ａ〜１０９ｃは、第１〜第３コンデンサレンズ１０８ａ〜１０８ｃが集光した各色光をそれぞれ平行光化する。第１〜第３コリメータレンズ１０９ａ〜１０９ｃが平行光化した各色光は、第１〜第３インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃにそれぞれ入射される。
【００６２】
本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第２変形例よれば、第１〜第３コンデンサレンズ１０８ａ〜１０８ｃ及び第１〜第３コリメータレンズ１０９ａ〜１０９ｃを用いることにより、第１〜第３インテグレータレンズ１０２ａ〜１０２ｃ、第１〜第３コンデンサレンズ１０３ａ〜１０３ｃ、第１〜第３光変調装置１０５ａ〜１０５ｃ、第１〜第３偏光板対１０４ａ〜１０４ｃ、ダイクロイックプリズム１０６、及び投写レンズ１０７を小型化することができる。したがって、小型・軽量な投写型表示装置を構成できる。
【００６３】
（投写型表示装置の第３変形例）
本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第３変形例は、図１５に示すように、図１４に示す投写型表示装置を単板方式に変形した例である。照明装置１０ａ及び光変調装置１０５ａの駆動方式は図１３と同様である。
【００６４】
本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第３変形例によれば、コンデンサレンズ１０８ａ及びコリメータレンズ１０９ａを用いることにより、インテグレータレンズ１０２ａ、コンデンサレンズ１０３ａ、光変調装置１０５ａ、偏光板対１０４ａ、及び投写レンズ１０７を小型化することができる。したがって、小型・軽量な投写型表示装置を構成できる。
【００６５】
（投写型表示装置の第４変形例）
発明の実施形態に係る投写型表示装置の第４変形例は、図１６に示すように、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を光変調装置３０４として使用する。ＤＭＤは、可動性を有する超小型ミラーの集合体であり、入射光を個々の鏡の反射光に応じてその表示体に画像源が形成される。即ち、ＤＭＤは、画素相当数の超小型ミラーが敷き詰められ、傾きが映像信号に基づいて制御された各ミラーに照明光を当てて反射させる。この結果、同映像信号に対応して照明光が変調して合成される。投写型表示装置を小型化するために、コリメータレンズ３０１と反射ミラー３０２及び３０３からなる光学系が照明光路を畳み込んでいる。
【００６６】
照明装置１０ａは、図１３と同様にＲ，Ｇ，Ｂ時分割で各色光を出射する。但し、ＤＭＤにおいては、振動方向（偏光方向）の揃った光を必要としないため、図３に示した第１及び第２波長板７ａ及び７ｂは不要である。照明装置１０ａが出射した各色光はコリメータレンズ１０１ａで平行光化され、コンデンサレンズ１０８ａで集光されて、ロッドインテグレータ（インテグレート手段）１１０に入射される。ロッドインテグレータ１１０は、入射された各色光の照度を均一化して、コリメータレンズ３０１と反射ミラー３０２及び３０３からなる光学系に出射する。
【００６７】
このように、本発明の実施形態係る投写型表示装置の第４変形例によれば、照明装置１０ａがＲ，Ｇ，Ｂ時分割で各色光を出射するため、カラーホイールを不要とすることができる。
【００６８】
（投写型表示装置の第５変形例）
本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第５変形例としては、図１７に示すように、３つのＤＭＤ４０４，４０７，４０８と、光路分離プリズム系４０２，４０９と、色分離合成プリズム系４０３，４０４，４０５を備えている点が図１６と異なる。また、照明装置１０ａは時分割駆動されない。
【００６９】
色分離合成プリズム系４０３，４０４，４０５で３色に分離されたＲ、Ｇ、Ｂの各色光が、Ｒ用のＤＭＤ４０７、Ｇ用のＤＭＤ４０８、及びＢ用のＤＭＤ４０６に与えられ、各ＤＭＤで形成される各色の光学画像が、色分離合成プリズム系４０３，４０４，４０５で合成されて、投写レンズ１０７によりスクリーン上に投写される。
【００７０】
プリズム４０３とプリズム４０４の境界面にはＢの光のみを反射するダイクロイック層が形成され、プリズム４０４とプリズム４０５の境界面にはＲの光のみを反射するダイクロイック層が形成される。これにより、光路分離プリズム系４０２，４０９からの合成光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に分解してＤＭＤ３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入射させる。ロッドインテグレータ１１０と光路分離プリズム系４０２，４０９との間には、デジタル・ライト・プロセシング（ＤＬＰ（登録商標））向けの光学系４０１が配置される。
【００７１】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００７２】
既に述べた光学装置の説明においては、光学部品の個数を４としているが３個以上であれば良く、４個に限定されるものではない。更に、光学部品は内部に偏光分離膜及び反射膜を有していれば良く、光学部品の形状は直方体に限定されない。
【００７３】
上述した投写型表示装置の説明においては、従来設けられていた偏光変換素子を不要とする一例を説明したが、偏光変換素子を設ける構成であっても良い。この場合、コントラストをより向上することが可能な投写型表示装置を構成できる。
【００７４】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態に係る投写型表示装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光学装置及びコリメータレンズの模式的な斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学装置を用いた照明装置の模式的な斜視図である。
【図４】図３に示す各光学部品における偏光分離膜の作用を説明するための模式的な斜視図である。
【図５】図３に示す各光学部品における反射膜の作用を説明するための模式的な斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光学装置を用いた照明装置の模式的な平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ間の模式的な断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ間の模式的な断面図である。
【図９】図３に示す第１光学部品及び第４集光レンズの模式的な拡大斜視図である。
【図１０】図３に示す第１光学部品の模式的な分解斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例に係る光学装置を用いた照明装置の模式的な斜視図である。
【図１２】図１１に示す第１光学部品及び第４集光レンズの模式的な拡大斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第１変形例の概略構成図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第２変形例の概略構成図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第３変形例の概略構成図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第４変形例の概略構成図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る投写型表示装置の第５変形例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ〜４ａ，１ｂ〜４ｂ…第１〜第４光学部品
６ａ〜６ｄ…第１〜第４集光レンズ
７ａ…第１波長板
７ｂ…第２波長板
８ａ〜８ｄ…第１〜第４光源
１０ａ〜１０ｃ…第１〜第３照明装置
１１ａ〜１１ｄ…偏光分離膜
１２ａ〜１２ｄ，１２１ａ〜１２１ｄ…反射膜
１０１ａ〜１０１ｃ，１０９ａ〜１０９ｃ…第１〜第３コリメータレンズ
１０２ａ〜１０２ｃ…第１〜第３インテグレータレンズ
１０３ａ〜１０３ｃ，１０８ａ〜１０８ｃ…第１〜第３コンデンサレンズ
１０４ａ〜１０４ｃ…第１〜第３偏光板対
１０５ａ〜１０５ｃ…第１〜第３光変調装置
１０６…ダイクロイックプリズム
１１０…ロッドインテグレータ
１１１…第１透過性部材
１１２…第２透過性部材
１１３…第３透過性部材
１１４…第４透過性部材
３０１…コリメータレンズ
３０２，３０３…反射ミラー
３０４…光変調装置
４０３，４０４，４０５…色分離合成プリズム系
４０２，４０９…光路分離プリズム系
４０４，４０６，４０７，４０８…ＤＭＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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